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1、第第2章章 交流发电机及调节器交流发电机及调节器交流发电机交流发电机利用电磁感应原理，将发动机带动发电机轴转动的机械能转变为电能输出。其功用是在发动机正常运转时（怠速以上），其功用是在发动机正常运转时（怠速以上），向所有用电设备（起动机除外）供电，同时向所有用电设备（起动机除外）供电，同时向蓄电池充电。向蓄电池充电。交流发电机主要由三相同步交流发电机和二交流发电机主要由三相同步交流发电机和二极管整流器组成，一般被称为硅整流交流发极管整流器组成，一般被称为硅整流交流发电机，也简称交流发电机电机，也简称交流发电机根据法拉第电磁感应定律，当穿过一个闭合回路所包围的面积的磁通量（磁力线数）发生变化时（
2、导体和磁场 之间存在相对运动），回路中就有感应电动势产生，如果回路为闭合导体回路，则有感应电流产生。交流发电机就是根据上述原理设计制成，只是发电机的磁场是电磁场。2.2.2 交流发电机的构造 JF132交流发电机的组件1后端盖 2电刷架 3电刷 4电刷弹簧压盖 5硅整流管 6散热板7转子 8定子总成 9前端盖 10风扇 11带轮JF132交流发电机的组件1后端盖 2电刷架 3电刷 4电刷弹簧压盖 5硅整流管 6散热板7转子 8定子总成 9前端盖 10风扇 11带轮1.转子 转子是交流发电机的磁场部分，主要是由两块爪极、磁场绕组、滑环等组成 爪极式转子结构图 1.集电环（滑环）2.轴 3.爪极
3、4.转子磁轭 5.励磁绕组转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个鸟嘴转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个鸟嘴形磁极，爪极空腔内装有磁场绕组形磁极，爪极空腔内装有磁场绕组(转子线圈转子线圈)和和磁轭。磁轭。磁场绕组两端的引线分别焊在与转子轴绝缘的两个磁场绕组两端的引线分别焊在与转子轴绝缘的两个滑环滑环(集电环集电环)集电环由两个彼此绝缘的铜环组成集电环由两个彼此绝缘的铜环组成滑环的外圆表面应平整光滑，以便转子高速运行时滑环的外圆表面应平整光滑，以便转子高速运行时其与电刷满足滑动接触要求。其与电刷满足滑动接触要求。当两个电刷与直流电源相接时，激磁绕组中便有激当两个电刷与直流电源相接时，激磁绕
4、组中便有激磁电流通过，产生轴向磁通，使得一块爪极被磁化磁电流通过，产生轴向磁通，使得一块爪极被磁化为为N 极，另一块爪极为极，另一块爪极为S极极,从而形成六对相互交从而形成六对相互交错的错的N,SN,S磁极。磁极。转子的磁极采用爪极结构，这是装在轴上的一个爪极，有六个鸟嘴形的磁极在爪极内装有产生磁场的磁轭与励磁线圈，在转子轴上有向励磁线圈供电的滑环。在转轴上再装上另一个爪极，使两个爪极的磁极交错排列爪极的磁场，先观看没有两边爪极的情况，在轴上装上滑环向励磁线圈供电，当励磁线圈通电后，磁轭产生的磁场装上两边爪极后，磁力线将沿爪极走动，将轴向磁通转换为径向磁通。将转子爪极设计成鸟嘴形的目的是使磁场
5、呈正弦分布，以使电枢绕组产生的感应电动势有较好的正弦波形。交流发电机磁路交流发电机磁路交流发电机的磁路交流发电机的磁路为：磁轭为：磁轭N N极极转转子与定子之间的气子与定子之间的气隙隙定子定子定子与定子与转子间的气隙转子间的气隙S S极极磁轭。磁轭。转子产生旋转磁场转子产生旋转磁场当转子转动时，就形当转子转动时，就形成了旋转的磁场。成了旋转的磁场。爪极凸缘的外形呈鸟嘴形，当发电机工作时，可在定子铁心内部形成近似正弦变化的交变磁场。当转子旋转时，由于定子绕组与磁力线有相对的切割运动，可使定子绕组感应的交流电动势近似于正弦曲线的波形。2、定子定子的功用是产生交流电，又称电枢，固定在两端盖之间。定子
6、由定子铁心和定子绕组成。定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。定子绕组有三相，三相绕组采用星形接法或三角形（大功率）接法，都能产生三相交流电。2.定子三相绕组的连接方法有星形接法（又称Y形接法）和三角形接法（又称形接法）两 种。2.定子Y形接法是将三相绕组的三个末端X、Y、Z接在一起，将三相绕组的首端A、B、C作为交流发电机的交流输出端，形接法形接法是将每相绕组的首端和另一相绕组形接法是将每相绕组的首端和另一相绕组的末端依次相连接，因而有三个接点，这三的末端依次相连接，因而有三个接点，这三个接点即为交流发电机的交流输出端。个接点即为交流发电机的交流输出端。电角度电角
7、度的360是据电流完成一个完整的周期变化来定义的。三相绕组必须按一定要求绕制：1.每个线圈的两个有效边之间的距离应和一个磁极占据的空间距离相等；2.每相绕组相邻线圈始边之间的距离应和一对磁极占据的距离相等或成倍数；3.三相绕组的始边应相互间隔2+120度电角度（一对磁极占有的空间为360度电角度）。才能使之获得频率相同、幅值相等、相位互差120的三相电动势。三相绕组的绕法三相绕组的绕法为了在三相绕组中产生大小相等，频率相同，且为了在三相绕组中产生大小相等，频率相同，且相位相差相位相差120度的对称电动势，应遵循以下原度的对称电动势，应遵循以下原则：则：规则规则1每相绕组的线圈个数和每个线圈的每
8、相绕组的线圈个数和每个线圈的匝匝数数应完全相等。应完全相等。例如，例如，JF11型交流发动机定子总槽数型交流发动机定子总槽数Z为为36，每相绕组占用的槽数应为每相绕组占用的槽数应为12。因采用单层集中。因采用单层集中绕法，即每个槽内放置绕法，即每个槽内放置1个有效边，故每相绕个有效边，故每相绕组又由六组线圈串联而成，若每个线圈有组又由六组线圈串联而成，若每个线圈有13匝，匝，则每相绕组共有则每相绕组共有78匝。匝。规则规则2每个线圈的每个线圈的节距节距必须相同。必须相同。节距节距y1和极距和极距yp是两个重要的结构参数。是两个重要的结构参数。y1在数在数据上等于线圈的两个有效边之间的定子槽数，
9、而据上等于线圈的两个有效边之间的定子槽数，而相邻异性磁极中心线之间的定子槽数则称为极距相邻异性磁极中心线之间的定子槽数则称为极距yp 要使线圈内能产生最大的感应电动势，线圈的两要使线圈内能产生最大的感应电动势，线圈的两个有效边应分别置于异性的磁极下面。若每个线个有效边应分别置于异性的磁极下面。若每个线圈的节距圈的节距y1相等并等于极矩相等并等于极矩yp时，便可获得最大时，便可获得最大感应电动势。感应电动势。1.每个线圈的两个有效边之间的距离应和一个磁极占据的空间距离相等；规则规则3三相绕组的起端三相绕组的起端A、B、C在定子槽内在定子槽内的排列必须的排列必须相隔相隔120度电角度度电角度。转子
10、旋转时，磁场相对定子中的导体运动，在转子旋转时，磁场相对定子中的导体运动，在定子绕组中产生感应电动势。且每转过一对磁定子绕组中产生感应电动势。且每转过一对磁极时，线圈中的感应电动势就变化一个周期，极时，线圈中的感应电动势就变化一个周期，即即360度电角度，由此计算度电角度，由此计算(P6，Z36)，每，每个槽的电角度为个槽的电角度为60 度。度。相邻两相绕组线圈的起端间隔距离应等于相邻两相绕组线圈的起端间隔距离应等于23n个槽（个槽（y13，n0，2，4，），即），即2、8、14个槽均可个槽均可 三相绕组的绕法示例-JF11发电机结构参数如下：结构参数如下：磁极对数磁极对数p 6p 6对；定子
11、槽数对；定子槽数z z 3636槽槽定子绕组相数定子绕组相数3 3相；每个线圈匝数相；每个线圈匝数N 13N 13匝匝绕组连接方法绕组连接方法 Y Y型连接型连接一对磁极占一对磁极占6 6个槽的空间位置（每槽个槽的空间位置（每槽6060度电度度电度角）角）3.整流器整流器的作用是将定子绕组产生的三相交流电转换为直流电，并可阻止蓄电池电流向发电机倒流。整流管安装图 整流管电路图1绝缘散热板 2正极管 3负极管 4后端盖 B-电枢接线柱 E-搭铁整流管的安装整流管的安装将正极管安装在一块铝制散热板上，称为正整流板；将正极管安装在一块铝制散热板上，称为正整流板；将负极管安装另一块铝制散热板上，称为负
12、整流板，将负极管安装另一块铝制散热板上，称为负整流板，也可用发电机后盖代替负整流板。见图。也可用发电机后盖代替负整流板。见图。（3）只有一根引线并且有的二极管引线是正极，有的二极管引线是负极，引出线为正极的管子叫正极管，引出线为负极的管子叫负极管，所以说整流二极管有正二极管和负二极管之分。整流管的安装 将正极管安装在一块铝制散热板上，称为正整流板；将负极管安装另一块铝制散热板上，称为负整流板，也可用发电机后盖代替负整流板。在正整流板上有一个输出接线柱B（发电机的输出端）；负整流板上直接搭铁。负整流板一定和壳体相联接。3.整流器为便于散热，散热板通常用铝合金制成，它与后端盖用绝缘材料垫片隔开，固
13、定在后端盖上，用螺栓引至后端盖外部作为发电机的电源输出端，并在后端盖上铸由标记“B”或“+”、“A”、“电枢”。4.端盖(Front cover,Rear cover)交流发电机的前后端盖由铝合金铸成，铝合金为非导磁材料，可减少漏磁，并具有重量轻、散热性好的优点。作用：固定定子、转子和附件位置。固定整机位置，可以张紧5.电刷组件(brush)作用：把静止电源提供给旋转部件。将电源通过集电环引入磁场绕组。组成：电刷、电刷架和电刷弹簧。电刷组件装在后端盖内，通过弹簧力作用与转子轴上的滑环(slip rings)保持接触。a）外装式 b）内装式6.附件说明风扇(fan)作用：强制风冷皮带轮(whee
14、l)作用：动力传递加上前后端盖，构成发电机的外观 5.交流发电机的型号 第一部分为产品代号，由字母表示，如JF、JFZ、JFB、JFW 第二部分为电压等级代号，用一位阿拉伯数字表示，其中有：112V、224V、66V 第三部分为电流等级代号，用一位阿拉伯数字表示，各代号表示的电流等级见表1-5 第四部分为设计序号，第五部分为变型代号 1.1.产品代号产品代号产品代号用中文字母表示，例：产品代号用中文字母表示，例：JFJF普通交流发电机普通交流发电机 JFZJFZ整体式（调节器内置）交流发电机整体式（调节器内置）交流发电机 JFBJFB带泵的交流发电机带泵的交流发电机 JFWJFW无刷交流发电机
15、无刷交流发电机2.2.电压等级代号电压等级代号电压等级代号用一位阿拉伯数字表示，电压等级代号用一位阿拉伯数字表示，1 1表示表示12V12V系统系统2 2表示表示24V24V系统系统6 6表示表示6V6V系统系统2.2 交流发电机的类型和构造交流发电机的类型和构造 2.2.1 交流发电机的类型(1.按照交流发电机总体结构)基本结构类型基本结构类型结构特点结构特点应用实例应用实例普通交流普通交流发电发电机机三相交流三相交流发电发电机；机；6只硅整流二极只硅整流二极管管组组成全波整流器；外置式成全波整流器；外置式电压电压调节调节器器东风东风EQl090汽汽车车用用JFl32型型发电发电机机整体式交
16、流整体式交流发发电电机机三相交流三相交流发电发电机；内装式机；内装式电电子子调节调节器器发电发电机和机和调节调节器制成一个整体的器制成一个整体的发发电电机机奥迪奥迪100、桑塔、桑塔纳纳等等轿轿车车JFZl813Z型型发电发电机机采用采用11只硅整流二极只硅整流二极管整流器管整流器带泵带泵交流交流发电发电机机带带真空制真空制动动助力助力泵泵的交流的交流发电发电机机和汽和汽车车制制动动系系统统用真空助力用真空助力泵泵安装在安装在一起的一起的发电发电机机依依维维柯汽柯汽车车用用JFZl912Z型型发电发电机。机。无刷交流无刷交流发电发电机机无刷交流无刷交流发电发电机机(不需要不需要电电刷的刷的发电
17、发电机机)JFWl913型型发电发电机机永磁交流永磁交流发电发电机机转转子磁极采用永磁材料子磁极采用永磁材料农农用运用运输车输车用用发电发电机机交流发电机的分类交流发电机的分类（1）按总体结构不同普通交流发电机整体式交流发电机带泵交流发电机无刷交流发电机永磁交流发电机 （2）按整流器结构不同六管发电机八管发电机九管发电机十一管发电机（3）按磁场绕组搭铁型式不同内搭铁式外搭铁式8管交流发电机除了三相桥式整流电路的6个二极管外，还具有2个中性点二极管，利用中性点二极管的输出可以提高发电机的输出功率 一只正极管接在中性点和正极之间，一只负极管接在中性点和负极之间9管交流发电机的特点是除了常用的6个二
18、极管外，又增加了3个小功率二极管，专门用来供给磁场电流，又称为磁场二极管。采用磁场二极管后，可以省去充电指示灯继电器，其线路连接关系如图所示。3只小功率管二极管与三只大功率负二极管也组成三相全波桥式整流电路专门为发电机磁场供电。11管交流发电机由6个三相桥式整流二极管，3个磁场二极管和2个中性点二极管组成，如图所示。11管交流发电机兼有8管与9管交流发电机的特点和作用。按磁场绕组搭铁形式两分类1）内搭铁型交流发电机 磁场绕组（励磁线圈）的一端（负极）直接搭铁（和壳体相联）；2）外搭铁型交流发电机 磁场绕组的两只电刷都和壳体绝缘。外搭铁磁场绕组的两只电刷都和壳体绝缘。外搭铁型发电机的磁场绕组负极
19、（负电刷）接调节型发电机的磁场绕组负极（负电刷）接调节器，通过后再搭铁。器，通过后再搭铁。探究感应电动势大小与磁通量变化的关系探究感应电动势大小与磁通量变化的关系提出问题提出问题 既然闭合电路的磁通量发生改变就能产生感应电动既然闭合电路的磁通量发生改变就能产生感应电动势，那么势，那么感应电动势大小与磁通量的变化感应电动势大小与磁通量的变化是否有关呢？是否有关呢？猜想或假设猜想或假设 感应电动势感应电动势E的大小与磁通量的变化量的大小与磁通量的变化量有关。有关。也与完成磁通量变化所用的时间也与完成磁通量变化所用的时间t有关有关。也就是与磁通量变化的快慢有关（而磁也就是与磁通量变化的快慢有关（而磁
20、通量变化的快慢可以用磁通量的变化率通量变化的快慢可以用磁通量的变化率表示表示/t）1 1、内容：电路中感应电动势的大小，跟穿、内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量变化率过这一电路的磁通量变化率/t/t成正比成正比二、法拉第电磁感应定律：二、法拉第电磁感应定律：2 2、数学表达式、数学表达式（单位（单位 为为 伏、韦伯、秒伏、韦伯、秒 则则 k=1k=1）二、法拉第电磁感应定律：二、法拉第电磁感应定律：若线圈有若线圈有n n匝，则相当于有匝，则相当于有n n个电源串个电源串联，总电动势为：联，总电动势为：注意：（注意：（1 1）公式中公式中的计算方法的计算方法，（2 2）电动势）
21、电动势 E E 为为 平均值平均值 （3 3）感应电流的方向另行判断。）感应电流的方向另行判断。/10-2Wbt/sA BD0120.15 5、单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴、单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场。若线圈所围面积里磁通量随时间垂直于磁场。若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则：变化的规律如图所示，则：()A A、线圈中、线圈中0 0时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大B B、线圈中、线圈中D D时刻感应电动势为零时刻感应电动势为零C C、线圈中、线圈中D D时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大D D、线圈中、线圈中0 0到到D D时间内平均时间内
22、平均感应电动势为感应电动势为0.4V0.4VABD三、导体作切割磁感线运动三、导体作切割磁感线运动 电动势电动势E大小大小 如图所示闭合线圈一部分导体如图所示闭合线圈一部分导体abab处于匀强磁场中，磁处于匀强磁场中，磁感应强度是感应强度是B B，abab以速度以速度v v匀速切割磁感线，求产生的感匀速切割磁感线，求产生的感应电动势应电动势ab Gabv回路在时间回路在时间t t内增大的面积为：内增大的面积为：S=S=L(vtL(vt)产生的感应电动势为：产生的感应电动势为：穿过回路的磁通量的变化为：穿过回路的磁通量的变化为：=BS=BS=BLvtBLvt（V V是相对于磁场的是相对于磁场的速
23、度）速度）v vB BV V1 1=VsinVsin V V2 2=VcosVcos 若导体若导体斜切斜切磁感线磁感线（为为v v与与B B夹角）夹角）（若导线运动方向与导线本身垂直，但跟磁感强（若导线运动方向与导线本身垂直，但跟磁感强度方向有夹角）度方向有夹角）说明：说明：1 1、导线的长度、导线的长度L L应为有效长度应为有效长度2 2、V V方向和方向和B B平行时，平行时，=0 E=0=0 E=03 3、速度、速度V V为为平均值平均值，E E就为就为平均值平均值.速度速度V为为瞬时值瞬时值，E就为就为瞬时值瞬时值.2.3交流发电机的工作原理交流发电机的发电原理交流发电机的发电原理整流
24、原理和过程整流原理和过程交流发电机的励磁方式交流发电机的励磁方式不同形式交流发电机的电路连接方式和原理不同形式交流发电机的电路连接方式和原理2.3交流发电机的工作原理 一、交流发电原理一、交流发电原理1.1.在发电机内部有一个由在发电机内部有一个由发动机带动转子（旋转磁发动机带动转子（旋转磁场）场）2.2.磁场外有一个定子绕组磁场外有一个定子绕组,绕组有绕组有3 3组线圈组线圈(3(3相绕组相绕组)，3 3相绕组彼此相隔相绕组彼此相隔120120度度3.3.当转子旋转时，旋转的当转子旋转时，旋转的磁场使固定的电枢绕组切磁场使固定的电枢绕组切割磁力线（或者说使电枢割磁力线（或者说使电枢绕组中通过
25、的磁通量发生绕组中通过的磁通量发生变化）而产生变化）而产生电动势。电动势。转子旋转时，形成一个旋转磁场，使静止的电枢因切割磁力线而产生感应电动势；由于磁极铁心的特殊设计，使磁极磁场近似于正弦规律分布，从而使三相电枢绕组产生的感应电动势按正弦规律变化：定子定子3相绕组感生电动势的大小为：相绕组感生电动势的大小为：其中：其中：E m-每相电动势的最大值每相电动势的最大值 -电角速度电角速度 E-每相电动势的有效值每相电动势的有效值eA=Emsint=2EsinteB=Emsin(t120)=2Esin(t-120)eC=Emsin(t240)=2Esin(t-240)2.3.1发电原理当转子旋转时
26、，定子绕组与磁力线之间产生相对运当转子旋转时，定子绕组与磁力线之间产生相对运动，在三相绕组中产生频率相同、幅值相等、相位动，在三相绕组中产生频率相同、幅值相等、相位相差相差120度电角度的三相正弦交流电动势。度电角度的三相正弦交流电动势。每相电动势的有效值为每相电动势的有效值为式中式中 每相电动势的有效值（）；每相电动势的有效值（）；k绕组系数，采用整距集中绕组时绕组系数，采用整距集中绕组时，k 1；f感应电动势的频率（感应电动势的频率（Hz）（p为磁极为磁极对数，对数，n为转速）；为转速）；N每相绕组的匝数（匝）；每相绕组的匝数（匝）；每极磁通（每极磁通（Wb）。）。交流电动势波形交流电动势
27、波形交流电动势的幅值是发电机转速的函数。交流电动势的幅值是发电机转速的函数。因此，当转速因此，当转速n n变化时，三相电动势的波形为变化时，三相电动势的波形为变频率、变幅值的交流波形。变频率、变幅值的交流波形。2.3.2整流原理交流发电机定子绕组产生的交流电，通过硅交流发电机定子绕组产生的交流电，通过硅整流二极管组成的整流电路转变为直流电。整流二极管组成的整流电路转变为直流电。二极管具有单向导电性二极管具有单向导电性，当二极管加上正向，当二极管加上正向电压时，二极管导通，呈现低阻状态；电压时，二极管导通，呈现低阻状态；当二极管加上反向电压时，二极管截止，呈当二极管加上反向电压时，二极管截止，呈
28、现高阻状态。现高阻状态。利用二极管的单向导电性，即可把交流电转利用二极管的单向导电性，即可把交流电转变成直流电。变成直流电。2.整流原理二极管的导通原则二极管的导通原则 当三只二极管负极端相连时，正极端电位最当三只二极管负极端相连时，正极端电位最高者导通；高者导通；当三只二极管正极端相连时，负极端电位最当三只二极管正极端相连时，负极端电位最低者导通。低者导通。二极管二极管VD1、VD3、VD5为正极管子，其正极分为正极管子，其正极分别接在发电机三相绕组的首端，负极连接在一起，别接在发电机三相绕组的首端，负极连接在一起，在某一瞬间，正极电位最高者导通；二极管在某一瞬间，正极电位最高者导通；二极管
29、VD2、VD4、VD6为负极管子，其负极分别接在发电机为负极管子，其负极分别接在发电机三相绕组的首端，正极连接在一起，某一瞬间负三相绕组的首端，正极连接在一起，某一瞬间负极电位最低者导通。极电位最低者导通。（1）二极管的整流原理 交流发电机通过六只二极管组成的三相桥式整流电路将电枢绕组产生的三相交流电动势转变为直流电流输出，其工作原理如下图：（1）t0时，时，uA0，uB为负值，为负值，uC为正值，二极管为正值，二极管VD5、VD4获得正向电压而导通，电流由获得正向电压而导通，电流由C相流出相流出VD5RLVD4B相相C相，形成电流回路；相，形成电流回路；（2）t1t2时间内，时间内，A相电压
30、最高，相电压最高，B相电压最低，相电压最低，VD1、VD4管获得正向电压而导通，形成电流回路；这样电流从管获得正向电压而导通，形成电流回路；这样电流从A相绕组出相绕组出发，经发，经VD1，负载电阻，负载电阻RL,VD4，回到，回到B相绕组组成回路，相绕组组成回路，A、B相之间的线电压加在负载相之间的线电压加在负载RL上上（3）t2t3时间内，时间内，A相电压最高，相电压最高，C相电压最低，相电压最低，VD1、VD6管获得正向电压而导通，形成电流回路；管获得正向电压而导通，形成电流回路；（4）t3t4时间内，时间内，B相电压最高，相电压最高，C相电压最低，相电压最低，VD3、VD6管获得正向电压
31、而导通，形成电流回路；管获得正向电压而导通，形成电流回路；依此循环导通依此循环导通 思考与练习21.交流发电机的主要组成部分及其作用。交流发电机的主要组成部分及其作用。2.交流发电机三相绕组的绕法应遵循哪些规交流发电机三相绕组的绕法应遵循哪些规则？则？3.何谓交流发电机的输出特性、空载特性和何谓交流发电机的输出特性、空载特性和外特性？外特性？4.试分析交流发电机三相桥式电路和整流电试分析交流发电机三相桥式电路和整流电路的整流过程。路的整流过程。2.3.4带中性点输出的交流发电机整流原理带中性点输出的交流发电机整流原理 在星形接法的交流发电机在星形接法的交流发电机中，将三相绕组的中性点中，将三相
32、绕组的中性点用导线引出，称为用导线引出，称为中性点中性点抽头。其接线柱的标记为抽头。其接线柱的标记为“N”。由于。由于是通过是通过三个搭铁的负极管子整流三个搭铁的负极管子整流后得到的直流电压，后得到的直流电压，即三即三相半波整流电压，相半波整流电压，“N”接柱对地电压即为中性点电压的平均值，数值上是发电机端电压（平均值）的一半。即：中性点作用中性点作用带有中性点接线柱的发电机带有中性点接线柱的发电机可用中性点电压来控制各种可用中性点电压来控制各种用途的继电器。用途的继电器。有的发电机没有中性点接线有的发电机没有中性点接线柱，但是也把中性点电压充柱，但是也把中性点电压充分的利用了（如夏利、桑塔分
33、的利用了（如夏利、桑塔纳发电机），这些发电机在纳发电机），这些发电机在中性点处接上两只整流二极中性点处接上两只整流二极管，和三相绕组的六只整流管，和三相绕组的六只整流二极管一道输出，可提高发二极管一道输出，可提高发电机功率。电机功率。中性点整流输出的基本电路 当发电机转速升高到超过当发电机转速升高到超过2000rmin时，交流分量的最高时，交流分量的最高瞬时值有可能超过发电机的直流输出电压瞬时值有可能超过发电机的直流输出电压UB（14V），最），最低瞬时值则可能低于搭铁电压（低瞬时值则可能低于搭铁电压（0V）。交流分量中高于发）。交流分量中高于发电机直流输出电压电机直流输出电压UB和低于和低于
34、0V时便有可能对外输出。时便有可能对外输出。发电机高速运转时：1）当中性点电压的瞬时值高于输出电压(14V)时，从中性点输出电流，如图211a所示。其输出电路为：定子绕组中性点二极管VD7负载和蓄电池负极管定子绕组。2）当中性点电压瞬时值低于负极电位时，流过中性点二极管VD8的电流如图211b所示。其输出电路为：定子绕组正极管B接线柱负载和蓄电池中性点二极管VD8定子绕组。励磁方式除了永磁式交流发电机不需要励磁以外，其除了永磁式交流发电机不需要励磁以外，其他形式的交流发电机都需要励磁，因为它们他形式的交流发电机都需要励磁，因为它们的磁场都是电磁场，也就是说必须给磁场绕的磁场都是电磁场，也就是说
35、必须给磁场绕组通电才会有磁场产生。组通电才会有磁场产生。将电源引入到磁场绕组使之产生磁场称为励将电源引入到磁场绕组使之产生磁场称为励磁，交流发电机励磁方式有自励和他励两种。磁，交流发电机励磁方式有自励和他励两种。2.3.3励磁方式交流发电机的励磁方式是先他励、后自励。交流发电机的励磁方式是先他励、后自励。当发电机转速较低，其电压低于蓄电池电压时，由蓄电池向当发电机转速较低，其电压低于蓄电池电压时，由蓄电池向发电机磁场绕组供电输出，为他励；发电机磁场绕组供电输出，为他励；当发电机转速升高、其电压高于蓄电池电压时，当发电机转速升高、其电压高于蓄电池电压时，发电机向自发电机向自身的磁场绕组供电，为自
36、励方式身的磁场绕组供电，为自励方式。2.3.5带励磁二极管的交流发电机 为进一步提高发电机的电流输出，增加发电机为进一步提高发电机的电流输出，增加发电机的输出功率，在交流发电机中增加的输出功率，在交流发电机中增加3只正整流管只正整流管作为励磁二极管作为励磁二极管。功用是向激磁电路提供激磁电流和使充电指示灯熄灭。将充电指示灯连接在发电机的B、D两端。当接通点火开关而未启动时，调节器（D、F两端子之间）处于通路状态，充电指示灯亮。路径：蓄电池路径：蓄电池+点火开关点火开关充电指示灯充电指示灯调节器调节器磁场绕组磁场绕组搭铁搭铁蓄电池蓄电池-。充电。充电指示灯亮；指示灯亮；当发动机启动后，发电机正常
37、工作时，发当发动机启动后，发电机正常工作时，发电机的电机的B、D端电位升高且一致，使充电指示灯两端的电压降为0，充电指示灯灭在发动机起动期间，发电机电压在发动机起动期间，发电机电压(为为0)UD+0)UD+蓄电蓄电池电压时，整流二极管截止，发电机不能对外输池电压时，整流二极管截止，发电机不能对外输出，由蓄电池供给磁场电流。路径：蓄电池出，由蓄电池供给磁场电流。路径：蓄电池+点点火开关火开关充电指示灯充电指示灯调节器调节器磁场绕组磁场绕组搭铁搭铁蓄电池蓄电池-。充电指示灯亮。充电指示灯亮当发动机转速升高到怠速及其以上时，发电机应能正常当发动机转速升高到怠速及其以上时，发电机应能正常发电并对外输出
38、，此时，发电机电压蓄电池电压，发发电并对外输出，此时，发电机电压蓄电池电压，发电机自励。电机自励。UB=UD+UB=UD+，充电指示灯两端压降为零，灯熄灭充电指示灯两端压降为零，灯熄灭,若没有熄灭若没有熄灭,说明发电机有故障或充电指示灯电路有搭说明发电机有故障或充电指示灯电路有搭铁铁.发电机工作时，充电指示灯由蓄电池端电压与磁场二极管输出端L的电压UL的差值控制。随着发电机转速升高，UL增高，指示灯亮度减弱。当发电机电压达到蓄电池充电电压时，发电机开始自励，此时指示灯因两端的电位相等而熄灭，表示发电机已经正常工作。当发电机转速降低或发电机有故障时，UL降低，指示灯发亮。这样利用充电指示灯，不仅
39、可以在停车后发亮提醒驾驶员及时关断点火开关，还可以监视发电机的工作情况，同时又省去了继电器。但发动机起动后，随着发电机转速提高，发电机的端电压也不断升高，。当发电机的输出电压与蓄电池电压相等时，发电机“B”端和“”端的电位相等，此时，充电指示灯由于两端电位差为零而熄灭。指示发电机已经正常工作，励磁电流由发电机自己供给。发电机中三相绕阻所产生的三相交流电动势经六只二极管整流后，输出直流电，向负载供电，并向蓄电池充电。当发电机高速运转、充电系统发生故障而导致发电机不发电时，“”端无电压输出，所以充电指示灯由于两端电位差增大而发亮，警告驾驶员及时排除故障。九管交流发电机在停车后，蓄电池向充电指示灯继
40、续提供电流，则充电指示灯会一直亮，提醒驾驶员断开点火开关。接线端子D+同时接充电指示灯。发动机启动时，点火开关闭合，发电机为他励方式工作，励磁电流经电压调节器到磁场绕组，充电指示灯点亮；发动机正常运转时，接线端子D+输出14v电压，充电指示灯熄灭。若发电机不工作或者工作不良，充电指示灯经电压调节器、磁场绕组形成闭合回路，充电指示灯亮，表明发电机存在故障。带励磁二极管和中性点整流输出的交流发电机的电路示例 发电机的性能指标一、额定电压二、空载转速三、额定电流四、额定转速2.4交流发电机的工作特性交流发电机的工作特点是转速变化范围大，交流发电机的工作特点是转速变化范围大，对于一般汽油发动机来说，其
41、转速变化约对于一般汽油发动机来说，其转速变化约为为1 1：8 8，柴油机约为，柴油机约为1 1：5 5，因此分析汽车，因此分析汽车用交流发电机用交流发电机的特性必须以转速的变化为的特性必须以转速的变化为基础基础。交流发电机的特性有交流发电机的特性有输出特性、空载特性输出特性、空载特性和外特性，其中以输出特性最为重要。和外特性，其中以输出特性最为重要。1.空载特性 空载特性足指发电机空载时，发电机端电压u与发电机转速n之间的关系。即：负载电流 0时，曲线。图1-28交流发电机空载特性 从曲线的上升速率和达到蓄电池电压的转速高低可判断发电机的性能是否良好。2.4.2输出特性 当发电机输出电压一当发
42、电机输出电压一定时，输出电流定时，输出电流I与发与发电机转速电机转速n之间的关系，之间的关系，即即U为常数时，的函数为常数时，的函数关系，称为发电机的关系，称为发电机的输出特性输出特性。发电机达到额定功率发电机达到额定功率时的转速称为额定转时的转速称为额定转速速n2，是判断发电机，是判断发电机的性能的重要指标。的性能的重要指标。由特性曲线由特性曲线I=fI=f（n n）可以看出可以看出（1 1）空载转速）空载转速n1n1发电机转速小于一定发电机转速小于一定值值n1n1时，对外输出电时，对外输出电流为零。流为零。当发电机达当发电机达到额定电压并能对外到额定电压并能对外输出电流时的最小转输出电流时
43、的最小转速速为为n1n1，称称n1n1为空载为空载转速。空载转速常用转速。空载转速常用来作为测试发电机性来作为测试发电机性能的参数之一。能的参数之一。由特性曲线由特性曲线I=fI=f（n n）可以看出可以看出（2 2）最大电流）最大电流ImaxImax发电机输出电流能力随转发电机输出电流能力随转速的升高而增大，但曲越速的升高而增大，但曲越来越平坦，当转速达到一来越平坦，当转速达到一定值时，无论转速增加多定值时，无论转速增加多少电流都不再增加，即一少电流都不再增加，即一定结构的定结构的发电机具有限制发电机具有限制最大输出电流最大输出电流ImaxImax的作用。的作用。由此可见，交流发电机自由此可
44、见，交流发电机自身具有限制输出电流防止身具有限制输出电流防止过载的能力，又称为过载的能力，又称为自我自我保护能力。保护能力。交流发电机自我限流的原理交流发电机自我限流的原理交流发电机定子绕组交流发电机定子绕组具有一定的阻抗具有一定的阻抗Z Z，它它由绕组的电阻由绕组的电阻r r及感抗及感抗XLXL两部分组成，两部分组成，XLXL2fL2fL感抗的单位是欧。感抗的单位是欧。交流电的频率交流电的频率f(Hz)和线和线圈的电感圈的电感L(H)由于由于XL XL 与与n n成正比，故发电机定子绕组的成正比，故发电机定子绕组的阻抗阻抗Z Z随发电机的车速升高而增加。高速时，随发电机的车速升高而增加。高速
45、时，由于由于R R与与XLXL相比可忽略不计，相比可忽略不计，故阻抗故阻抗Z Z约等于约等于XLXL，定子阻抗定子阻抗Z Z与转速与转速n n成正成正比，其值较大，产生较大的内压降。比，其值较大，产生较大的内压降。定子定子电流增加时，由于电枢反应的增强，电流增加时，由于电枢反应的增强，也会使感应电动势下降也会使感应电动势下降。两者共同作用的结果，两者共同作用的结果，当发电机的转速升当发电机的转速升高且负载电流达到最大值时高且负载电流达到最大值时，输出电流几，输出电流几乎不随负载电阻的减小或转速的增加而增乎不随负载电阻的减小或转速的增加而增大。大。交流发电机自我限流的原理交流发电机自我限流的原理
46、（1）发电机的电枢反应增强）发电机的电枢反应增强电枢反应指电枢电流产生的磁场对磁极磁场的影响。当发电机有输出电流时，电枢电流产生的磁场会造成磁极磁场的削弱和扭斜，从而引起电枢绕组电动势下降。随着发电机的输出电流的增大，电枢反应的影响也随之增大，发电机电动势下降也越多。交流发电机自我限流的原理结论交流发电机自我限流的原理结论结论结论发电机电压（输出）一定时，发电机电流存发电机电压（输出）一定时，发电机电流存在最大值。（无论转速多高）在最大值。（无论转速多高）即即发电机功率存在最大值。发电机功率存在最大值。限制发电机输出功率，只要限制发电机输出功率，只要限制发电机输出限制发电机输出电压即可。电压即
47、可。限制输出电压后，发电机转速增加，不会出限制输出电压后，发电机转速增加，不会出现由于现由于电流过高，烧坏发电机的情况。电流过高，烧坏发电机的情况。如果发电机电压过高通常损坏用电设备如果发电机电压过高通常损坏用电设备。2.4.3外特性当发电机转速一定时，发当发电机转速一定时，发电机端电压电机端电压U与输出电流与输出电流I之间之间的关系，称为发电机的关系，称为发电机外特性。外特性。外特性曲线表明，在一定外特性曲线表明，在一定的转速下，输出电流增加的转速下，输出电流增加时，发电机端电压有较大时，发电机端电压有较大幅度的下降，因此，要使幅度的下降，因此，要使输出电压稳定，必须配备输出电压稳定，必须配
48、备电压调节器。另外，在发电压调节器。另外，在发电机高速运转时，如果突电机高速运转时，如果突然失去负载，端电压会急然失去负载，端电压会急剧升高，电气设备中的电剧升高，电气设备中的电子元件将有击穿的危险。子元件将有击穿的危险。2.5电压调节器汽车在行驶过程中，由于发动机的转速随时都在变化，交流发电机的转速也之变化，因此发电机输出电压必然随转速变化而变化。交流发电机电压调节器把交流发电机的电压控制在一定的规定范围内，当发电机转速发生变化时，自动调节发电机输出电压并使电压保持恒定,防止输出电压过高而损坏用电设备和避免蓄电池过量充电。2.5.2电压调节器的基本原理 每相绕组电动势的有效值其中 故 令 则
49、 式中式中 E 每相电动势的有效值（）；每相电动势的有效值（）；k绕组系数，采用整距集中绕组时绕组系数，采用整距集中绕组时，k 1；f感应电动势的频率（感应电动势的频率（Hz）（p为为磁极对数，磁极对数，n为转速）；为转速）；N每相绕组的匝数（匝）；每相绕组的匝数（匝）；每极磁通（每极磁通（Wb）。）。2调节器的基本原理（1）调节器的工作方式 这里这里CeCe为发电机的结构常数，为发电机的结构常数，n n为转子转速，为转子转速，为转子的磁极磁通，也就是说发电机所为转子的磁极磁通，也就是说发电机所产生的感应电动势与转子转速和磁极磁通产生的感应电动势与转子转速和磁极磁通成正比。成正比。当转速升高时
50、，当转速升高时，EE增大，输出端电压增大，输出端电压UBUB升升高，当转速升高到一定值时（空载转速以高，当转速升高到一定值时（空载转速以上），输出端电压达到极限，要想使发电上），输出端电压达到极限，要想使发电机的输出电压机的输出电压UBUB不再随转速的升高而上升，不再随转速的升高而上升，只能通过减小磁通只能通过减小磁通来实现。又磁极磁通来实现。又磁极磁通与励磁电流与励磁电流IfIf成正比，减小磁通成正比，减小磁通也就也就是减小励磁电流是减小励磁电流IfIf。交流发电机调节器的工作原理是：当交流交流发电机调节器的工作原理是：当交流发电机的转速升高时，调节器通过减小发发电机的转速升高时，调节器通过